Atom, maddenin temel birimleri ve elementlerin tanımlayıcı yapılarıdır. Atom terimi, Yunanca bölünmez kelimesinden gelmektedir. Çünkü bir zamanlar atomların evrendeki en küçük şeyler olduğu ve bölünemediği düşünülürdü. Artık atomların kuarklar gibi daha küçük parçacıklardan oluşan üç partikül protonu, nötron ve elektrondan oluştuğunu biliyoruz.
Atomlar, 13.7 milyar yıl önce Büyük Patlama’dan sonra yaratıldı. Sıcak, yoğun yeni evren soğudukça, kuarklar ve elektronların oluşması için koşullar uygun hale geldi. Protonlar ve nötronlar oluşturmak için kuarklar bir araya geldi ve bu parçacıklar çekirdeklere birleştirildi.
Evrenin elektronları yavaşlatabilmesi için yeterince soğuması 380.000 yıl aldı, böylece çekirdekler ilk atomları oluşturmak için onları yakalayabilecekti. Jefferson Lab’a göre, en eski atomlar temel olarak hala evrendeki en bol bulunan element olan hidrojen ve helyumdu. Yer çekimi sonunda gaz bulutlarının birleşip yıldızları oluşturmasına neden oldu ve yıldızlar içinde daha ağır atomlar oluştu ve yıldız patladığında evrenin her yerine gönderildi.
Atom Parçacıkları
Proton ve nötron elektronlardan ağırdır. Atomun merkezinde yer alan çekirdekte bulunurlar. Elektronlar olabildiğince hafif parçacıklardır. Çekirdeğin etrafında dönen bir çemberde bulunurlar. Uzmanlara göre, elektron bulutu çekirdekten 10.000 kat daha büyük bir yarıçapa sahiptir.
Protonlar ve nötronlar yaklaşık olarak aynı kütleye sahiptir. Bununla birlikte, bir proton bir elektrondan yaklaşık 1.835 kat daha büyüktür. Atomlar yapıları gereği hep aynı elektron ve nötron sayılarına sahiptirler. Proton ve nötronların sayısı genel itibariyle hep aynı sayıdadır. Bir proton eklemek, bir nötron eklerken o atomun bir izotop veya daha ağır bir versiyonunu oluştururken, yeni bir element yaratır.
Atom Çekirdeği
Çekirdek 1911’de Yeni Zelandalı fizikçi Ernest Rutherford tarafından bulundu. 1920’de Rutherford, atomun pozitif yüklü parçacıkları için proton adını önerdi. Ayrıca çekirdeğin içinde, bir İngiliz fizikçi ve Rutherford’un öğrencisi olan James Chadwick’in 1932’de onaylayabildiği nötr bir parçacık olduğunu da teori yaptı.
Kimya LibreTexts’e göre, neredeyse bir atomun kütlesinin tamamı çekirdeğinde bulunur. Çekirdeği oluşturan protonlar ve nötronlar yaklaşık olarak aynı kütledir ve aynı açısal momentuma veya dönüşe sahiptir.
Çekirdek, doğada bulunan dört temel kuvvetten biri olan güçlü kuvvetle bir arada tutulur. Protonlar ve nötronlar arasındaki bu kuvvet, protonları elektrik kurallarına göre ayıracak itici elektrik kuvvetinin üstesinden gelir. Bazı atom çekirdeği kararsızdır, çünkü bağlama kuvveti çekirdeğin boyutuna bağlı olarak farklı atomlar için değişir. Bu atomlar daha sonra azot 14’e bozunan karbon 14 gibi başka elementlere bozunacaktır.
Protonlar
Protonlar, atom çekirdeğinde yer alan pozitif yüklü parçacıklardır. Rutherford, 1911 ve 1919 yılları arasında yapılan katod ışın tüpleriyle yapılan deneylerde onları keşfetti. Protonlar, nötronlar kadar kütleli olarak yaklaşık% 99.86’dır.
Bir atomdaki proton sayısı, her bir element için benzersizdir. Örneğin, karbon içerisinde 6 adet proton bulunmaktadır. Hidrojen atomları aynı yani birdir. Oksijen atomları ise sekizdir. Bir atomda yer alan protonların sayısı, o elementin aynı zamanda atom numarasını temsil eder. Proton sayısı ayrıca elementin kimyasal davranışını da belirler. Elementler, periyodik cetvelde, atom sayısının artması için düzenlenir.
Elektronlar
Elektronlar protonlara ve nötronlara göre çok küçüktür, proton veya nötrondan 1.800 kat daha küçüktür. Jefferson Lab’a göre elektronlar nötronlar kadar kütlede% 0.054 kadardır.
Bilim Tarihi Enstitüsüne göre, İngiliz bir fizikçi olan Thomson, 1897’de elektronu keşfetti. Başlangıçta “corpuscles” olarak bilinen elektronlar negatif bir yüke sahiptir ve pozitif yüklü protonlara elektriksel olarak çekilir. Elektronlar, atom çekirdeğini 1920’lerde Avusturyalı bir fizikçi Erwin Schrödinger’in öne sürdüğü bir fikir olan yörünge adı verilen yollarda çevreler. Bugün, bu model kuantum modeli veya elektron bulutu modeli olarak bilinir. Atomu çevreleyen iç orbitaller küreseldir ancak dış orbitaller çok daha karmaşıktır.
Bir atomun elektron konfigürasyonu, tipik bir atomdaki elektronların yerlerini belirtir. Los Alamos Ulusal Laboratuvarı‘na göre kimyacılar, elektron konfigürasyonunu ve fiziğin prensiplerini kullanarak kararlılık, kaynama noktası ve iletkenlik gibi bir atomun özelliklerini tahmin edebilirler.
Nötronlar
Nötronun varlığı 1920’de Rutherford tarafından teorikleştirildi ve 1932’de Amerikan Fiziksel Toplumu‘na göre Chadwick tarafından keşfedildi. Atomlar ince bir berilyum tabakasına vurulduğunda deneyler sırasında nötronlar bulundu.
Nötronlar, tüm atom çekirdeğinde bulunan yüklenmemiş parçacıklardır. Bir nötronun kütlesi bir protondan biraz daha büyüktür. Protonlar gibi, nötronlar da bir “yukarı” kuark ve iki “aşağı” kuarktan oluşur.